「真」的演化3:鯨魚海中求生記

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鯨魚,包括豚類和鯨類,是海洋哺乳動物的代表。海豚是大海中優美的舞者。牠們藉著流線的身形和特化的四肢,所以有著傑出的游泳能力,同時也存在著複雜的社會結構以及緊密的合作關係。鯨魚是大海中無敵的霸主。他們藉著龐大的身軀嚇退了無數兇猛的掠食者,同時在海中也有著強大的適應能力。
如果今天我說,這兩種在海洋到處能橫著走的狠角色,在數千萬年前是隻弱小的陸生動物,大家一定很難相信吧? 牠們也是哺乳類,為什麼會生活在海中呢? 牠們又是怎麼「進入海中」的呢?接下來我們將作為時空旅行者,來看看關於他們的「鯨生鯨事」。

生存之戰:群鯨共鬥

我們把地點轉移到埃及西部沙漠的鯨魚谷。三千九百萬年前,這裡是特提斯海的西部海床。之後的幾百萬年,地層才慢慢升高形成撒哈拉沙漠。鯨魚谷以出土許多巨大鯨魚的骨骸聞名,而其中一種體型巨大的鯨魚就被稱作「龍王鯨」(Basilosaurus,意指蜥蜴王)。龍王鯨在分類上屬於龍王鯨科(Basilosauridae)中的龍王鯨亞科(Basilosaurinae)。當時的熱帶,亞熱帶海域皆有牠們的蹤跡。依牠們身體大小比例來看,牠們的腦部大小並不大,表示牠們可能是獨居動物。大部分龍王鯨有著延長的脊椎,這讓牠的體型非常巨大。而牠們的後肢已經嚴重退化為殘留器官,但有些學者認為在交配時微小的後肢依然能捉住配偶。
圖一、龍王鯨假想復原圖:龍王鯨科為一群較後分化的古鯨,牠有著更為修長的體型和一條類似現代鯨類的尾鰭,以便在淺水中獵食。曾經身為陸棲哺乳動物的牠,四肢已經嚴重退化,但還保留了兩條無用的殘肢。(出自/Dmitry Bogdanov • CC BY-SA 3.0)
菲利普.金格瑞西在《國家地理-演化足跡》紀錄片中提到:「鯨魚當然不是住在沙漠裡。以前這裡是一片淺海,陽光普照,海水潔淨,充滿著各種生物,包含古化石鯨魚在內。龍王鯨體長超過18公尺,而如此碩大的體型自然是最高等、最頂尖的掠食動物。相當於更久遠之前的雷克斯暴龍。」三千九百萬年前,龍王鯨在全球各海洋興盛繁衍,特別是特提斯海這片食物豐富的水域。菲利普.金格瑞西說:「龍王鯨保留了牠的後腿,甚至從大腿到趾尖的骨骼都一應俱全。而這些就是過去陸上生活留下的退化器官。」據推測,龍王鯨重達超過六噸。體型的變化使牠從獵物便成了獵人,就連這時的鯊魚也不能輕易的招惹牠。
就在龍王鯨獨霸一方之時,特提斯洋其實還存在著另一種嬌小而脆弱的鯨魚,牠們屬於同為龍王鯨科(Basilosauridae)的矛齒鯨亞科(Dorudontinae)。然而,矛齒鯨的腦部與身體的大小比例相對於龍王鯨的比例來說大的許多。有些證據顯示,龍王鯨會捕食矛齒鯨。矛齒鯨為了躲避掠食動物,牠們便集體行動,所以牠們是一種群居動物。
圖二、矛齒鯨假想復原圖:圖為矛齒鯨亞科中的矛齒鯨。這種動物擁有強而有力的脊柱、鰭狀的短前肢、還有類似現代海豚的尾鰭,身長大約在5公尺左右。 (出自/ 由 Nobu Tamura - 自己的作品, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=19461116)
在這兩個物種之中,只有一種會活下來,演化成為今天所看到的現代鯨魚。大家覺得是哪一種呢?是淪為眾多海洋掠食者食物的矛齒鯨呢?還是當代無人能敵的龍王鯨呢?

生存之戰:海中「鯨」險的旅途

三千六百萬年前,巨大的龍王鯨從化石紀錄上消失了,而矛齒鯨則順利的演化了下去。相信很多人對於這個結果感到很意外吧!但是這是為什麼?有甚麼原因能讓不可一世的龍王鯨就此殞落成歷史嗎?
菲利普.金格瑞西對此表示:龍王鯨演化出鰻魚般的身體,為了在淺海區中生活,而這種體型是適合在特提斯海這種海灣中獵食的。在三千五百萬年前,地球發生了巨大改變。南極脫離南美洲往南極點移動,造成全球氣溫下降,使南極洲開始結冰。全球海洋溫度也逐漸下降,造成洋流水便一直凍結在南北兩極,使全球海平面持續降低,淺海區也逐漸的消失。這些改變促使龍王鯨必須往深海移動,而鰻魚般的長身體造成牠無力在深海中潛水。菲利普.金格瑞西得出這個結果後,便道:「也許龍王鯨只適合在淺海生活。一旦必須潛水覓食的時候,牠就再也無計可施。而矛齒鯨的成功取決於牠保守的身材比例,最後就靠這一點取勝。」於是,嬌小靈活的矛齒鯨便成為這場生存競爭的贏家。隨著時間的推移,矛齒鯨亞科便演化成古鯨亞目,也就是齒鯨(Odontocetes)和鬚鯨(Mysticetes)的共同祖先。而大約在漸新世時期古鯨亞目開始分支為二,演化成今天的齒鯨(齒鯨亞目)和鬚鯨(鬚鯨亞目)。
圖三、矛齒鯨游泳示意圖:圖為矛齒鯨游泳圖,可以發現其和現代鯨豚游泳方式已經非常相似(出自/ El Blog de Estoy Aburrido-La evolucion de las Ballenas)
但是新的問題來了。當時的矛齒鯨亞科成員的體型大約五公尺長,並沒有龍王鯨大。當代恐怖的掠食動物-巨齒鯊身長超過16公尺,重量近四萬公斤。可想而知,巨齒鯊肯定會將古代鯨魚當作牠的餐點的。不過,牠們用了一種方法,讓他們能躲避這種強大的天敵。他們開始離開赤道,前往了更寒冷的極地海域。
大家有發現牠們遷徙的原因嗎? 鯨魚跟我們人類一樣是哺乳類動物,是恆溫動物!因此牠們能適應寒冷的海水,並維持自身的體溫。但牠們的天敵-巨齒鯊是變溫動物,體溫會和周遭海水相同。一旦水溫下降,牠們的身體機能便會停止運轉,因此就拿鯨魚們沒輒了。也就是這個優勢,確保了他們在能在同樣豐富食物供應的極地生活下去。
圖四、巨齒鯊捕食古鯨示意圖:巨齒鯊又名巨牙鯊,意指巨大的牙齒,是一個已滅絕的史前最巨大的鯊魚及魚類,生存於2,300萬至260萬年前。菲利普.金格瑞西認為巨齒鯊必須生活在較溫暖的海中,牠並沒有在逐漸變冷的新世界活下來。(出自/由 Karen Carr - http://www.karencarr.com/tmpl1.php?CID=196, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10308333)

齒鯨和鬚鯨:海中的成神之路

現代鯨魚的分類可以分成齒鯨和鬚鯨兩類。牠們分別在接下來的幾百萬年中各自演化出不同的構造
齒鯨:
1.回聲定位:極地深海的能見度非常低,只依靠視力是無法捕捉看不到的獵物的,於是鯨魚們便發展出了自然界中最精密的高科技航海工具-回聲定位。齒鯨(包含海豚)家族會發射出高頻率的超聲波,當這些聲波遇到障礙物時就會被彈開,鯨魚就能解讀傳回來的反射波,以確定物體的大小、形狀以及速度。鯨魚就是利用這個方法確定魚群的方向,然後撲上前去狩獵目標。
2.控制血液:為了解決深海區的水壓和氧氣問題,鯨魚還能控制流向心臟和腦部的血液,能讓牠們在潛入深海時不會缺氧。例如現代的抹香鯨就能潛入水中超過一英里(約1.6公里),潛航時間超過2個小時。
圖五、回聲定位示意圖:鯨類由鼻道附近發出聲音,經過有聚焦功能的額隆後,發射至目標物上形成反射波。再經由充滿脂肪的下顎接收回聲,傳到鼓膜以判斷方位。回聲定位被鯨類用來偵測四周環境及覓食。(出自/鯨豚在水中的適應-農業兒童網)
鬚鯨:
1.鯨脂的形成:可以使牠們連續好幾周都不吃飯,以適應長途的季節性遷徙。
2.頭部型態改變:鬚鯨濾食時,為了承受嘴部張合對頭部及下顎骨的巨大壓力,還有承載吞食時進入體內的大量海水,喉腹褶因而形成增大的前額。
3.鯨鬚板的形成:用以濾食海中的浮游生物和其他小型海洋生物,長度依據每種鬚鯨濾食的食物種類不同而有所不同。鬚鯨板由角質素(keratin)組成,與人的指甲或鳥的爪子材質相似。
4.牙齒的消失:最早期的祖先卻是有牙齒的,像是丘齒、異型齒等構造。但可能因為生活環境的浮游生物極多,隨著往這些海域擴展的過程中退化掉了。
在這幾百萬年的演化中,頸椎縮短並且彎曲度減低,讓身體更加地流線型。另外,鯨豚類也向魚類們看齊,前肢逐漸形成了胸鰭、還多了胸鰭、尾鰭等構造。還有,鯨豚類強韌的肌肉與結締組織形成的鼻栓可以緊閉呼吸孔,讓牠們在潛水時不致於嗆到。
鯨魚家族的日益壯大,也讓牠們有多餘的時間,進行群居動物應該進行的社交活動。例如社交、交配、甚至是玩耍、炫耀等等。海豚尤其為鯨目家族中表現最活躍的一群。菲利普.金格瑞西說:「海豚和鼠海豚腦容量非常大。如果和牠們面對面,會覺得牠們是有知覺的生物,相當地討人喜歡。這也讓我們想到了自己。」

結語

如今地球上約有八十種鯨魚,各種鯨魚都演化出了相當多樣的特色。例如目前世界上最大的鯨魚-藍鯨,擁有著如汽車般大小的心臟和與非洲像大小相當的舌頭,讓牠在海中沒有生物趕招惹牠。灰鯨每年為了遷徙都要游上超過兩萬公里。虎鯨的游泳時速超過每小時55公里。弓頭鯨則有著超過兩百年的壽命。
圖六、藍鯨:地球上現存體型最大的動物,是一種鬚鯨。棲息在南冰洋、南太平洋和印度洋海域。以濾食甲殼類與小型魚類為食。(出自/ Public Domain Picture-CC0 public domain)
從外表非常像狗的巴基鯨,在陸地和水域間掙扎的陸行鯨,剛在海洋中站穩腳步的羅德侯鯨,到最後演化成各式各樣的鯨魚。鯨魚這一路走來,看著著實非常的令人驚奇和戲劇化。加上鯨魚演化的各種證據(化石構造、親緣鑑定)都非常地詳細。以至於現在的許多生物學科,很多都以鯨魚作為演化的範例,闡述生物經過長久的時間所發生構造的變化。
圖七、虎鯨:又稱殺手鯨、逆戟鯨,是一種齒鯨。全世界海洋幾乎都有牠的蹤跡。根據地區種類的不同食性也有所不同。獵食對象包含魚類、海豹、海獅、海象、海狗、鯊魚和其他鯨豚類(出自/ 藍鯨-Public Domain Picture-CC0 public domain)
眾所皆知,生命一開始是在水中萌芽,之後才慢慢地往陸地發展。而鯨魚們卻唱了反調,由陸地再次回到那曾經熟悉不過的「故海」。毫無疑問,這是一齣因生存所演化、編織出的偉大故事。
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